EP2741283A1 - Elektronische Dämpfung des aktiven Elements eines Ultraschallsensors - Google Patents

Elektronische Dämpfung des aktiven Elements eines Ultraschallsensors Download PDF

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EP2741283A1
EP2741283A1 EP12195519.9A EP12195519A EP2741283A1 EP 2741283 A1 EP2741283 A1 EP 2741283A1 EP 12195519 A EP12195519 A EP 12195519A EP 2741283 A1 EP2741283 A1 EP 2741283A1
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EP
European Patent Office
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active element
electroacoustic transducer
impedance
damping device
chamber
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12195519.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Nölle
Valentin Kunz
Fabian Illi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Baumer Electric AG
Original Assignee
Baumer Electric AG
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/002—Devices for damping, suppressing, obstructing or conducting sound in acoustic devices

Definitions

  • the invention relates to an electroacoustic transducer with an active element and a damping device.
  • Electroacoustic transducers particularly ultrasonic transducers, have long been known and are used in numerous fields, such as medicine, materials testing, transportation and production.
  • the heart of an ultrasonic sensor is usually formed of an active element.
  • the active element is a piezoelectric element and a matching layer which enhances the transition of the ultrasonic waves into a medium.
  • the piezoelectric element acts alternately as exciter and receiver of the ultrasonic waves. It can only act as a receiver when the vibrations of the element generated during the excitation have completely subsided. As long as the piezoelectric element vibrates, it is blind as a receiver. This time range is called a blind area.
  • it is known to embed the active elements in a chamber which is filled with a damping mass. This damping mass fixes the active element and at the same time dampens the vibrations after excitation mechanically. The stronger the mechanical damping of the active element, the shorter the decay time.
  • the blind area of an ultrasonic sensor depends on the settling time and determines the starting point of the measuring range. The shorter the settling time, the larger the measuring range.
  • phase-shifted signals are generated to the excitation signal. These differ from the excitation signal in phase and may have different amplitudes.
  • this principle of counter-excitation requires that the resonance frequency must be known exactly, so that the phase-shifted signals can achieve their necessary effect.
  • the temperature behavior of the active element is a difficulty here.
  • the counter-excitation complicated electronics necessary, which increases the manufacturing cost unnecessarily.
  • the damping device comprises an impedance element.
  • the electroacoustic transducer can be produced simply and inexpensively.
  • a complex electronics for counter-excitation can be omitted. Additives in the damping mass can be minimized or omitted altogether.
  • a more compact design can be achieved.
  • the solution according to the invention can be further improved by various configurations which are advantageous in each case and can be combined with one another as desired. These embodiments and the advantages associated with them will be discussed below, the constructive measures and their effects being described merely by way of example for an ultrasonic sensor. Of course, the electroacoustic transducer can also be used for other frequency ranges.
  • the electroacoustic transducer may have a chamber in which both the active element and the damping device is accommodated.
  • an outer wall of the chamber can be formed essentially from the active element.
  • the chamber may be filled at least adjacent to the active element with a damping mass.
  • This damping mass can fix the active element in the chamber and provide mechanical damping of the vibrations of the active element.
  • the damping mass can be poured or -geCumt in the chamber.
  • the damping mass may be formed from a foam, in particular PU foam or from a potting compound with hollow plastic balls.
  • the damping mass may be free of additives to enhance the damping, in particular of those that increase the density of the damping mass. In this case, therefore, can be dispensed with the use of powders, such as powder of alumina.
  • the active element may comprise a piezoelectric element and a matching layer.
  • the matching layer may be bonded to the piezoelectric element. If the active element forms an outer wall of the chamber, the matching layer can be arranged on the outer side of the chamber, while the piezoelectric element forms the inner side of the chamber wall and is embedded in the damping mass.
  • the impedance of the impedance element may be power matched to the impedance of the active element.
  • the electroacoustic transducer may comprise a switching element.
  • the switching element can connect the impedance element to the active element. If the impedance element is connected to the active element, the electrical oscillations generated by the ringing of the active element are attenuated by the impedance and the settling time of the active element shortened. On the other hand, if the impedance element is separated from the active element, there is no attenuation by the impedance element and the active element can either convert ultrasonic waves received as sensors into electrical vibrations or be excited again to generate ultrasonic waves.
  • the switching element may be formed of a field effect transistor.
  • the use of a field effect transistor allows short switching times and also a low-cost and space-saving implementation of the switching element.
  • the switching element may have a control device, by which a switching time of the switching element is controllable. This ensures a uniform sequence of excitation times and measurement times.
  • the damping device can be integrated into an electronics of the electroacoustic transducer.
  • the electronics may be attached to the active element. If the electronics are attached to the active element and not outside the chamber, long lines between the active element and the electronics can be dispensed with. This is of particular advantage, since lines themselves form an impedance, whereby a power adjustment can not be guaranteed. Furthermore, long lines are susceptible to interference.
  • the electronics can be soldered to the active element. As a result, a particularly compact design is realized. Since in this embodiment, the components of the electronics, in particular the damping device are connected via short conductor pieces or solder joints with the active element, account here long lines.
  • the impedance element of the damping device can not be more than five millimeters away from the active element. In this area, the impedance element can act as a damping device without the impedance of the line from the active element to the impedance element being a disturbing factor.
  • the electroacoustic transducer may include an electrically conductive layer disposed as an electromagnetic shield between the active element and the damping device.
  • the layer may be a part of the electronics, for example a circuit board or a conductor track. This layer allows the electronics to be placed close to the active element.
  • the circuit board or conductor track can be formed from a flexible material, in particular from a ribbon cable. It can be designed so that it forms an interior in which the electronics, protected from electromagnetic interference, can be accommodated.
  • Fig. 1 shows an ultrasonic sensor according to the prior art.
  • An active element 1 consisting of a piezoelectric element 2 and a matching layer 3, is poured or foamed in a chamber 4.
  • the potting compound 5 fixes the active element 1 and causes a mechanical damping.
  • Connecting wires 6 are guided through a wall of the chamber 4 and connect the active element 1 with components located outside the chamber 4, such as excitation or evaluation electronics or a device for damping by counter-excitation.
  • Fig. 2 shows a schematic equivalent circuit diagram of an active element 1 according to the invention and a damping device 7.
  • the active element 1 has an ideal voltage source Uq in the equivalent circuit diagram and has an impedance Z i .
  • the impedance Z i is formed by the active element 1 itself and its supply lines 6.
  • the damping device 7 is arranged in parallel to the active element 1 switchable.
  • the damping device 7 has an impedance element 8 with the impedance Z b and a switching element 15.
  • the impedance element 8 is connected in parallel with the active element 1 and can dampen mechanical vibrations of the active element 1.
  • the switching element 15 may preferably be formed of a field effect transistor.
  • the impedance element 8 can be electronically connected to the active element 1 in a desired time range in order to shorten the settling time.
  • the damping device 7 is preferably located close to the active element 1.
  • the length of the lines are preferably less than 5 mm. Thus, additional impedances can be reduced or avoided by the lines.
  • the damping device 7 is soldered to the active element 1.
  • Fig. 3 shows the schematic representation of an inventive electroacoustic transducer W.
  • the active element 1 of the electroacoustic transducer W is formed of a piezoelectric element 2 and a matching layer 3.
  • the matching layer 3 is bonded to the piezoelectric element 2.
  • the electroacoustic transducer W has a chamber 4.
  • the active element 1 is received.
  • the active element 1 forms part of an outer wall of the chamber 4.
  • the chamber 4 is preferably designed cup-shaped, so that the active element 1 is in the open side of the cup.
  • the active element 1 is arranged so that the piezoelectric element 2 lies within the chamber 4.
  • the matching layer 3 faces the outside of the chamber 4 and has contact with an adjacent medium, in FIG that the ultrasonic waves are emitted.
  • the active element 1 has no direct contact with walls of the chamber 4.
  • the interior of the chamber 4 is filled at least adjacent to the active element 1 with a damping mass 5.
  • the damping mass 5 may e.g. be formed from a potting compound, either with hollow plastic balls or a foam.
  • the damping mass 5 surrounds the lying within the chamber 4 part of the active element 1.
  • the piezoelectric element 2 is embedded in the damping mass 5, so that is located between the active element 1 and the walls of the chamber 4 damping mass 5.
  • the active element 1 is fixed by the damping mass 5 in the chamber 4.
  • the vibrations of the piezoelectric element 2 are mechanically damped by the damping mass 5.
  • the in the Fig. 2 Damping device 7 shown is integrated into the electronics 10.
  • the printed circuit board 11 of the electronics 10 is designed so that it forms an inner space 13. Furthermore, the printed circuit board 11 has a screen surface, which advantageously protects the inner space 13 from electromagnetic interference.
  • the electronics 10 is located in the interior 13. In addition to the protection against electromagnetic interference, this arrangement also allows a particularly compact design of the electro-acoustic transducer W.
  • On the side facing the active element 1 side of the electronics 10 parts of the electromagnetic shield may also be formed of a passive electrode of the piezoelectric element 2, which is conductively connected to the circuit board 11.
  • the printed circuit board 11 is preferably made of a flexible material. So it can be particularly easily formed so that it forms the cavity 13.
  • the printed circuit board 11 has contact points 12 on the side facing the active element 1.
  • the electronics 10 are conductively connected to the active element 1 via the contact points 12.
  • the damping device 7 is therefore located in the immediate vicinity of the active element 1.
  • a particular advantage of this embodiment is the short line length between the impedance element 8 and active element 1. In comparison to a damping device outside the chamber, where longer lines are necessary, arise in this Embodiment only small additional impedances through the lines.
  • the impedance element 8 can effectively damp the vibrations of the active element 1.
  • a conduit 14 is passed through a wall of the chamber 4. Via the line 14, the electronics 10 is connected to components outside the chamber 4.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen Wandler mit einem aktiven Element und einer Dämpfungseinrichtung. Um elektroakustische Wandler mit kurzer Ausschwingzeit einfach und preisgünstig herzustellen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Dämpfungseinrichtung ein Impedanzelement aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen elektroakustischen Wandler mit einem aktiven Element und einer Dämpfungseinrichtung.
  • Elektroakustische Wandler, insbesondere Ultraschallsensoren, sind seit langem bekannt und finden in zahlreichen Gebieten wie in der Medizin, der Materialprüfung, des Verkehrswesen und der Produktion Verwendung. Das Herzstück eines Ultraschallsensors ist in der Regel aus einem aktiven Element gebildet. Gewöhnlicherweise handelt es sich bei dem aktiven Element um ein piezoelektrisches Element und einer Anpassschicht, die den Übergang der Ultraschallwellen in ein Medium verbessert.
  • Das piezoelektrische Element wirkt im Betrieb abwechselnd als Erreger und Empfänger der Ultraschallwellen. Es kann erst dann als Empfänger fungieren, wenn die bei der Erregung erzeugten Schwingungen des Elements vollständig abgeklungen sind. Solange das piezoelektrische Element schwingt, ist es als Empfänger blind. Dieser Zeitbereich wird als Blindbereich bezeichnet. Um die Ausschwingzeit des piezoelektrischen Elements zu verkürzen, ist es bekannt, die aktiven Elemente in eine Kammer einzubetten, die mit einer Dämpfungsmasse gefüllt ist. Diese Dämpfungsmasse fixiert das aktive Element und dämpft gleichzeitig die Schwingungen nach der Erregung mechanisch. Je stärker die mechanische Dämpfung des aktiven Elements ist, desto kürzer wird die Ausschwingzeit. Der Blindbereich eines Ultraschallsensors hängt von der Ausschwingzeit ab und bestimmt den Anfangspunkt des Messbereichs. Je kürzer die Ausschwingzeit ist, desto größer ist der Messbereich.
  • Um die mechanische Dämpfung zu erhöhen und damit die Ausschwingzeit zu verkürzen, können der Dämpfungsmasse Stoffe hinzugefügt werden, die die Dichte der Dämpfungsmasse erhöhen. Insbesondere Pulver von hoher Dichte, zum Beispiel aus Aluminiumoxid, sind hier von Bedeutung. Das Hinzufügen solcher Stoffe stellt allerdings einen zusätzlichen Produktionsschritt dar und erhöht die Herstellungskosten.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung der Ausschwingzeit ist die Verwendung einer Gegenanregung, wie sie zum Beispiel in der DE 195 48 161 C1 gezeigt ist. Dabei werden zum Anregungssignal phasenverschobene Signale erzeugt. Diese unterscheiden sich zum Anregungssignal in der Phase und können unterschiedliche Amplituden aufweisen. Dieses Prinzip der Gegenanregung bedingt aber, dass die Resonanzfrequenz exakt bekannt sein muss, damit die phasenverschobenen Signale ihre nötige Wirkung erzielen können. Vor allem das Temperaturverhalten des aktiven Elements stellt hier eine Schwierigkeit dar. Zudem ist zur Gegenanregung eine komplizierte Elektronik notwendig, die die Herstellungskosten unnötig erhöht.
  • Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen elektroakustischen Wandler, insbesondere für den Ultraschallbereich, bereitzustellen, der eine kurze Ausschwingzeit besitzt und einfach und preiswert hergestellt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird für den eingangs erwähnten Elektroakustischen Wandler dadurch gelöst, dass die Dämpfungseinrichtung ein Impedanzelement aufweist.
  • Durch die Nutzung der Impedanz eines Impedanzelements zur Dämpfung lässt sich der elektroakustische Wandler einfach und preiswert herstellen. Auf eine aufwändige Elektronik zur Gegenanregung kann verzichtet werden. Zusatzstoffe in der Dämpfungsmasse können minimiert oder ganz weggelassen werden. Durch den Wegfall der aufwändigen Elektronik zur Gegenanregung kann außerdem eine kompaktere Bauform erreicht werden.
  • Die erfindungsgemäße Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte, beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Auf diese Ausgestaltungsformen und die mit ihnen verbundenen Vorteile ist im Folgenden eingegangen, wobei die konstruktiven Maßnahmen und deren Wirkungen lediglich beispielhaft für einen Ultraschallsensor beschrieben sind. Selbstverständlich kann der elektroakustische Wandler auch für andere Frequenzbereiche verwendet werden.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann der elektroakustische Wandler eine Kammer aufweisen, in welcher sowohl das aktive Element als auch die Dämpfungseinrichtung aufgenommen ist. Dabei kann eine Außenwand der Kammer im Wesentlichen aus dem aktiven Element gebildet sein.
  • Die Kammer kann wenigstens angrenzend zum aktiven Element mit einer Dämpfungsmasse gefüllt sein. Diese Dämpfungsmasse kann das aktive Element in der Kammer fixieren und für eine mechanische Dämpfung der Schwingungen des aktiven Elements sorgen.
  • Die Dämpfungsmasse kann in die Kammer eingegossen oder -geschäumt sein. Die Dämpfungsmasse kann aus einem Schaum, insbesondere PU Schaum oder aus einer Vergussmasse mit Kunststoffhohlkugeln gebildet sein.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann die Dämpfungsmasse frei von Zusatzstoffen zur Verstärkung der Dämpfung sein, insbesondere von solchen, die die Dichte der Dämpfungsmasse erhöhen. In diesem Fall kann also auf die Verwendung von Pulvern, wie zum Beispiel Pulver aus Aluminiumoxid, verzichtet werden.
  • Das aktive Element kann ein piezoelektrisches Element und eine Anpassschicht aufweisen. Die Anpassschicht kann mit dem piezoelektrischen Element verklebt sein. Bildet das aktive Element eine Außenwand der Kammer, so kann die Anpassschicht an der Außenseite der Kammer angeordnet sein, während das piezoelektrische Element die Innenseite der Kammerwand bildet und in der Dämpfungsmasse eingebettet ist.
  • Die Impedanz des Impedanzelements kann an die Impedanz des aktiven Elements leistungsangepasst sein.
  • Der elektroakustische Wandler kann ein Schaltelement aufweisen. Das Schaltelement kann das Impedanzelement dem aktiven Element zuschalten. Ist das Impedanzelement dem aktiven Element zugeschaltet, werden die durch das Nachschwingen des aktiven Elements erzeugten elektrischen Schwingungen durch die Impedanz gedämpft und die Ausschwingzeit des aktiven Elements verkürzt. Ist das Impedanzelement hingegen vom aktiven Element getrennt, findet keine Dämpfung durch das Impedanzelement statt und das aktive Element kann entweder als Sensor empfangene Ultraschallwellen in elektrische Schwingungen wandeln oder erneut zur Erzeugung von Ultraschallwellen angeregt werden.
  • Das Schaltelement kann aus einem Feldeffekttransistor gebildet sein. Die Verwendung eines Feldeffekttransistors erlaubt kurze Schaltzeiten und außerdem eine preisgünstige und platzsparende Implementierung des Schaltelements.
  • Das Schaltelement kann eine Steuerungseinrichtung aufweisen, durch die ein Schaltzeitpunkt des Schaltelements steuerbar ist. Dadurch kann eine gleichmäßige Abfolge von Anregungszeiten und Messzeiten gewährleistet werden.
  • Die Dämpfungseinrichtung kann in eine Elektronik des elektroakustischen Wandlers integriert sein. In einer besonders vorteilhaften Ausführung kann die Elektronik am aktiven Element angebracht sein. Wird die Elektronik am aktiven Element angebracht und nicht außerhalb der Kammer, so kann auf lange Leitungen zwischen aktivem Element und der Elektronik verzichtet werden. Dies ist von besonderem Vorteil, da Leitungen selber eine Impedanz bilden, wodurch eine Leistungsanpassung nicht gewährleistet werden kann. Ferner sind lange Leitungen störempfindlich.
  • Die Elektronik kann am aktiven Element angelötet sein. Dadurch wird eine besonders kompakte Bauform verwirklicht. Da in dieser Ausführungsform die Komponenten der Elektronik, insbesondere die Dämpfungseinrichtung über kurze Leiterbahnstücke oder Lötstellen mit dem aktiven Element verbunden sind, entfallen hier lange Leitungen.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann das Impedanzelement der Dämpfungseinrichtung nicht mehr als fünf Millimeter vom aktiven Element entfernt sein. In diesem Bereich kann das Impedanzelement als Dämpfungseinrichtung wirken, ohne dass die Impedanz der Leitung vom aktiven Element zum Impedanzelement einen störenden Faktor darstellt.
  • Der elektroakustische Wandler kann eine elektrisch leitende Schicht aufweisen, die als elektromagnetische Abschirmung zwischen dem aktiven Element und der Dämpfungseinrichtung angeordnet ist. Die Schicht kann insbesondere ein Teil der Elektronik, zum Beispiel eine Platine oder eine Leiterbahn sein. Diese Schicht erlaubt es, die Elektronik nah am aktiven Element zu platzieren.
  • Die Platine oder Leiterbahn kann aus einem flexiblen Material, insbesondere aus einer Flachbandleitung gebildet sein. Sie kann so ausgestaltet sein, dass sie einen Innenraum bildet, in welchem die Elektronik, vor elektromagnetischen Störungen geschützt, untergebracht sein kann.
  • Im Folgenden ist die Erfindung beispielhaft anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Ultraschallwandler nach dem Stand der Technik;
    • Fig. 2 ein schematisches Ersatzschaltbild eines erfindungsgemäßen aktiven Elements und einer Dämpfungseinrichtung;
    • Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ultraschallwandler.
  • Fig. 1 zeigt einen Ultraschallsensor gemäß dem Stand der Technik. Ein aktives Element 1, bestehend aus einem piezoelektrischen Element 2 und einer Anpassschicht 3, ist in einer Kammer 4 eingegossen bzw. eingeschäumt. Die Vergussmasse 5 fixiert das aktive Element 1 und bewirkt eine mechanische Dämpfung. Anschlussdrähte 6 sind durch eine Wand der Kammer 4 geführt und verbinden das aktive Element 1 mit außerhalb der Kammer 4 befindlichen Komponenten, wie Anregungs- oder Auswerteelektronik oder einer Einrichtung zur Dämpfung durch Gegenanregung.
  • Fig. 2 zeigt ein schematisches Ersatzschaltbild eines erfindungsgemäßen aktiven Elements 1 und einer Dämpfungseinrichtung 7.
  • Das aktive Element 1 weist im Ersatzschaltbild eine ideale Spannungsquelle Uq auf und besitzt eine Impedanz Zi. Die Impedanz Zi ist durch das aktive Element 1 selbst und dessen Zuleitungen 6 gebildet.
  • Die Dämpfungseinrichtung 7 ist zum aktiven Element 1 parallel zuschaltbar angeordnet. Die Dämpfungseinrichtung 7 besitzt ein Impedanzelement 8 mit der Impedanz Zb und ein Schaltelement 15.
  • Wird das Schaltelement 15 geschlossen, so ist das Impedanzelement 8 mit dem aktiven Element 1 parallel geschaltet und kann mechanische Schwingungen des aktiven Elements 1 dämpfen. Das Schaltelement 15 kann bevorzugt aus einem Feldeffekttransistor gebildet sein. Das Impedanzelement 8 kann in einem gewünschten zeitlichen Bereich elektronisch zum aktiven Element 1 hinzugeschaltet werden, um die Ausschwingzeit zu verkürzen.
  • Die Dämpfungseinrichtung 7 befindet sich bevorzugt nahe am aktiven Element 1. Die Länge der Leitungen betragen vorzugsweise weniger als 5 mm. Damit können zusätzliche Impedanzen durch die Leitungen reduziert bzw. vermieden werden. Idealerweise ist die Dämpfungseinrichtung 7 am aktiven Element 1 angelötet.
  • Fig. 3 zeigt die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektroakustischen Wandlers W.
  • Das aktive Element 1 des elektroakustischen Wandlers W ist aus einem piezoelektrischen Element 2 und einer Anpassschicht 3 gebildet. Die Anpassschicht 3 ist an das piezoelektrische Element 2 geklebt.
  • Der elektroakustische Wandler W weist eine Kammer 4 auf. In der Kammer 4 ist das aktive Element 1 aufgenommen. Das aktive Element 1 bildet dabei einen Teil einer Außenwand der Kammer 4. Die Kammer 4 ist bevorzugt Becher-förmig ausgestaltet, so dass sich das aktive Element 1 in der offenen Seite des Bechers befindet. Dabei ist das aktive Element 1 so angeordnet, dass das piezoelektrische Element 2 innerhalb der Kammer 4 liegt. Die Anpassschicht 3 weist zur Außenseite der Kammer 4 und hat Kontakt mit einem angrenzenden Medium, in das die Ultraschallwellen abgegeben werden. Das aktive Element 1 hat keinen unmittelbaren Kontakt mit Wänden der Kammer 4.
  • Das Innere der Kammer 4 ist wenigstens angrenzend zum aktiven Element 1 mit einer Dämpfungsmasse 5 gefüllt. Die Dämpfungsmasse 5 kann z.B. aus einer Vergussmasse, wahlweise mit Kunststoffhohlkugeln oder aus einem Schaum gebildet sein.
  • Die Dämpfungsmasse 5 umschließt den innerhalb der Kammer 4 liegenden Teil des aktiven Elements 1. Das piezoelektrische Element 2 ist dabei in die Dämpfungsmasse 5 eingebettet, so dass sich zwischen dem aktiven Element 1 und den Wänden der Kammer 4 Dämpfungsmasse 5 befindet. Das aktive Element 1 wird durch die Dämpfungsmasse 5 in der Kammer 4 fixiert. Die Schwingungen des piezoelektrischen Elements 2 werden durch die Dämpfungsmasse 5 mechanisch gedämpft.
  • Die in der Fig. 2 gezeigte Dämpfungseinrichtung 7 ist in die Elektronik 10 integriert. Die Leiterplatte 11 der Elektronik 10 ist so ausgeführt, dass sie einen Innenraum 13 bildet. Ferner weist die Leiterplatte 11 eine Schirmfläche auf, die den Innenraum 13 vorteilhaft vor elektromagnetischen Störungen schützt. Die Elektronik 10 befindet sich in dem Innenraum 13. Neben dem Schutz vor elektromagnetischen Störungen erlaubt diese Anordnung auch eine besonders kompakte Bauform des elektroakustischen Wandlers W.
  • Auf der dem aktiven Element 1 zugewandten Seite der Elektronik 10 können Teile der elektromagnetischen Abschirmung auch aus einer passiven Elektrode des piezoelektrischen Elements 2 gebildet sein, welche mit der Leiterplatte 11 leitend verbunden ist.
  • Die Leiterplatte 11 ist bevorzugt aus einem flexiblen Material gefertigt. So kann sie besonders einfach so geformt werden, dass sie den Hohlraum 13 ausbildet. Die Leiterplatte 11 besitzt auf der dem aktiven Element 1 zugewandten Seite Kontaktstellen 12. Die Elektronik 10 ist über die Kontaktstellen 12 leitfähig mit dem aktiven Element 1 verbunden.
  • Die Dämpfungseinrichtung 7 befindet sich also in unmittelbarer Nähe des aktiven Elements 1. Ein besonderer Vorteil dieser Ausführungsform liegt in der geringen Leitungslänge zwischen Impedanzelement 8 und aktivem Element 1. Im Vergleich zu einer Dämpfungseinrichtung außerhalb der Kammer, wo längere Leitungen nötig sind, entstehen bei dieser Ausführungsform nur geringe zusätzliche Impedanzen durch die Leitungen. Das Impedanzelement 8 kann die Schwingungen des aktiven Elements 1 effektiv dämpfen.
  • Eine Leitung 14 ist durch eine Wand der Kammer 4 geführt. Über die Leitung 14 ist die Elektronik 10 mit Komponenten außerhalb der Kammer 4 verbunden.

Claims (14)

  1. Elektroakustischer Wandler (W) mit einem aktiven Element (1) und einer Dämpfungseinrichtung (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (7) ein Impedanzelement (8) aufweist.
  2. Elektroakustischer Wandler (W) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Element (1) ein piezoelektrisches Element (2) und eine Anpassschicht (3) aufweist.
  3. Elektroakustischer Wandler (W) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz des Impedanzelements (8) an die Impedanz des aktiven Elements (1) leistungsangepasst ist.
  4. Elektroakustischer Wandler (W) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (7) ein Schaltelement (15) aufweist, durch das das Impedanzelement (8) dem aktiven Element (1) zuschaltbar ist.
  5. Elektroakustischer Wandler (W) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (15) aus einem Feld-Effekt-Transistor gebildet ist.
  6. Elektroakustischer Wandler (W) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (15) eine Steuerungseinrichtung aufweist, durch die ein Schaltzeitpunkt des Schaltelements (15) steuerbar ist.
  7. Elektroakustischer Wandler (W) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (7) in eine Elektronik (10) des elektroakustischen Wandlers (W) integriert ist.
  8. Elektroakustischer Wandler (W) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik (10) am aktiven Element (1) angebracht ist.
  9. Elektroakustischer Wandler (W) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik (10) am aktiven Element (1) angelötet ist.
  10. Elektroakustischer Wandler (W) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Kammer (4), in welcher sowohl das aktive Element (1) als auch die Dämpfungseinrichtung (7) aufgenommen ist, wobei eine Außenwand der Kammer (4) im Wesentlichen aus dem aktiven Element (1) gebildet ist.
  11. Elektroakustischer Wandler (W) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (4) wenigstens angrenzend zum aktiven Element (1) mit einer Dämpfungsmasse (5) gefüllt ist.
  12. Elektroakustischer Wandler (W) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Dämpfungsmasse (5) keine die Dämpfung verstärkenden Zusatzstoffe enthalten sind, insbesondere solche, die die Dichte der Dämpfungsmasse (5) erhöhen.
  13. Elektroakustischer Wandler (W) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der elektroakustische Wandler (W) eine elektrisch leitende Schicht aufweist, die zur elektromagnetischen Abschirmung des aktiven Elementes (1) und der Dämpfungseinrichtung (7) angeordnet ist.
  14. Elektroakustischer Wandler (W) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Schicht aus einem Teil der Elektronik (10), insbesondere aus einer Leiterplatte und/oder aus einem Teil einer passiven Elektrode des piezoelektrischen Elements (2) gebildet ist.
EP12195519.9A 2012-12-04 2012-12-04 Elektronische Dämpfung des aktiven Elements eines Ultraschallsensors Withdrawn EP2741283A1 (de)

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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2416337A (en) * 1943-06-10 1947-02-25 Bell Telephone Labor Inc Vibration damping circuit
DE19548161C1 (de) 1995-12-22 1997-02-13 Klaus Dipl Ing Petry Verringerung der Nachlaufzeit eines elektromechanischen Systems
US20030107302A1 (en) * 2001-07-27 2003-06-12 Michael Birth Piezoelectric element and an oscillation transducer with a piezoelectric element
US20080224567A1 (en) * 2007-01-29 2008-09-18 Denso Corporation Ultrasonic sensor having piezoelectric element and acoustic matching member
DE102007027816A1 (de) * 2007-06-13 2008-12-18 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Ermittlung und Überwachung des Füllstands eines Füllguts in einem Behälter

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2416337A (en) * 1943-06-10 1947-02-25 Bell Telephone Labor Inc Vibration damping circuit
DE19548161C1 (de) 1995-12-22 1997-02-13 Klaus Dipl Ing Petry Verringerung der Nachlaufzeit eines elektromechanischen Systems
US20030107302A1 (en) * 2001-07-27 2003-06-12 Michael Birth Piezoelectric element and an oscillation transducer with a piezoelectric element
US20080224567A1 (en) * 2007-01-29 2008-09-18 Denso Corporation Ultrasonic sensor having piezoelectric element and acoustic matching member
DE102007027816A1 (de) * 2007-06-13 2008-12-18 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur Ermittlung und Überwachung des Füllstands eines Füllguts in einem Behälter

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